基于无模型自适应控制方法的四旋翼飞行器姿态调整

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1、学校代码：密级：公开交遂义綮硕士专业学位论文基于无模型自适应控制方法的四旋翼飞行器姿态调整作者姓名郑健工程领域控制工程指导教师侯忠生教授培养院系电子信息工程学院二零一五年六月硕士专业学位论文基于无模型自适应控制方法的四旋翼飞行器姿态调整作者：郑健导师：侯忠生北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可

2、以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）导师签名：签字曰期签字曰期：士年月日学校代码：密级：公开北京交通大学硕士专业学位论文基于无模型自适应控制方法的四旋翼飞行器姿态调整作者姓名：郑健学号：导师姓名：侯忠生职称：教授工程硕士专业领域：控制工程学位级别：硕士北京交通大学年月致谢本论文的研究工作是在导师侯忠生教授的悉心指导下完成的，从研究方向的确定，到论文的最终定稿，侯老师都给了我无微不至的关怀和指导。侯老师渊博的学识，严谨的治学态度以及科学的研宄方法无不令我肃然起敬、受益终生。在此，谨向侯忠生老师致

3、以崇高的敬意和衷心的感谢。在论文的完成过程中，殷辰堃老师花费了大量的时间来具体指导我的论文工作，在学习和生活上都给了我很大帮助和关心，在此向殷辰堃老师表示由衷的感谢。同时，金尚泰老师、刘世达博士、李振轩博士等等实验室其他的师兄师姐对于我的论文都提出了许多宝贵的意见，在学习中给予了我很大的帮助，在此谨表示衷心的感谢。在两年的学习和生活的过程中，实验室的其他的一些同学也给了我很大的帮助，陪我度过这段快乐的时光，在此一并表示感谢。最后，感谢我的家人，感谢所有关心支持我的老师、同学、朋友和亲人，让我得以顺利地完成我的论文和学业。北京交通大学硕士专业学位论文摘要摘要

4、四旋翼飞行器是由四个螺旋桨驱动的可以实现多种独特飞行动作、具有众多优良特性的一类非固定翼飞行器，具有重要的实际应用价值。然而，四旋翼飞行器是一个典型的具有强耦合、非线性等许多复杂特性的多变量系统，这使得四旋翼飞行器存在建模难的问题，因而针对四旋翼关键指标（如位置、姿态等）的控制方案设计也变得相对困难。无模型自适应控制（作为一种典型的数据驱动控制算法，对具有非线性、强耦合、时变等特性的系统具有很好的控制效果。因此，本文将数据驱动控制的方法引入到四旋翼飞行器控制算法的设计中。由于四旋翼飞行器位置与姿态存在耦合关系，并且姿态控制直接决定了位置控制的品质，所以本文

5、着重研宄了四旋翼飞行器的姿态控制，主要内容如下：分析了四旋翼飞行器的运动原理，将四旋翼飞行器的动力学模型简化为一个线性时不变系统，并据此设计了系统的控制器并进行了仿真。但该模型忽略了坐标系的相对运动以及摩擦、空气等外力干扰的影响，模型的精度不高，导致控制器仿真效果并不理想。为了解决四旋翼飞行器建模困难的问题，利用基于数据驱动控制的方法来设计四旋翼飞行器的控制方案。首先，为了避免参数整定的繁琐，引入了基于模糊自整定的控制方法。其次，针对四旋翼飞行器这类含有二阶积分的非自衡系统，提出了带有一阶差分和二阶差分的改进的方案。最后，将与相将结合，针对四旋翼飞行器设计

6、了串级控制和基于外环补偿的综合控制方案。在平台搭建控制器仿真模块，并进行了仿真。通过对比发现，使用基于数据驱动控制方法设计的控制器，包括模糊、、串级控制、基于外环补偿控制，比基于线性时不变模型设计的控制器具有更好的效果。特别地，改进的、综合控制方案相较于模糊控制具有更小的稳态误差和更快的相应速度。此外，综合控制方案的抗干扰能力最强，控制效果最好。基于四旋翼飞行仿真器实物平台和软件平台，分别进行了、模糊和串级控制对阶跃响应的多个实时控制实验。针对四旋翼飞行器可能遇到的干扰形式，进行了四旋翼飞行器抗内干扰和外干扰的实时控制实验。实验结果表明，四旋翼飞行器的串级

7、控制方案相较、模糊控制器有着更好的跟踪能力和扰动抑制能力。关键词：四旋翼飞行器；串级控制；外环补偿；模糊北京交通大学硕士专业学位论文，北京交通大学硕士专业学位论文：北京交通大学硕士专业学位论文目录目录弓研究背景和意义国内外研究现状四旋翼飞行器姿态控制方法基于模型的控制方法；数据驱动的控制方法论文研究内容和结构安排四旋翼飞行器机理建模及基于模型的控制器设计四旋翼飞行器的运动原理系统简介三个姿态角的力矩平衡方程对四旋翼飞行器的机理建模及控制器设计四旋翼飞行器的状态空间模型的建立基于机理模型的控制器设计本章小结数据驱动的四旋翼飞行器控制方案设计基于参数自整定的模

8、糊控制器设计模糊控制基本理论基于模糊的四旋翼飞行器控制器基于的四旋